JP2015171289A - 電源制御装置 - Google Patents

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拓 木村
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幹之 青木
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英樹 中村
昌宏 野々山
Masahiro Nonoyama
昌宏 野々山
純一 舛田
Junichi Masuda
純一 舛田
山田 洋平
Yohei Yamada
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Abstract

【課題】消費電力を低減することのできる電源装置およびこれを備えた画像形成装置を提供する。
【解決手段】電源制御装置1000は、AC/DCコンバーター1と、DC/DCコンバーターCV1およびCV2と、AC/DCコンバーター1の出力電圧を指標する出力電圧監視部111とを備えている。AC/DCコンバーター1は、変換動作を行っている場合において、出力電圧が第1の既定値P1まで上昇したときは、変換動作を停止し、変換動作を停止している場合において、出力電圧が第2の既定値P2まで低下したときは、変換動作を開始する。第1の既定値P1は、DC/DCコンバーターCV1およびCV2が動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、第2の既定値P2は、DC/DCコンバーターCV1およびCV2が動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値である。
【選択図】図1

Description

本発明は、電源制御装置に関し、より特定的には、消費電力を低減することのできる電源制御装置に関する。
電子写真方式を用いた画像形成装置には、スキャナー機能、ファクシミリ機能、複写機能、プリンターとしての機能、データ通信機能、およびサーバー機能を備えたMFP(Multi Function Peripheral)、ファクシミリ装置、複写機、プリンターなどがある。
画像形成装置をはじめとする電子機器には、交流電流を直流電流に変換した後、DC/DC(直流/直流)コンバーターによって、入力された直流電流を電圧値の異なる直流電流に変換して、各負荷に出力するものがある。そして、電子機器には、通常の動作を行う通常モードから、消費電力が低い省電力モードに移行することが可能なものがある。電子機器が省エネモードである場合、電子機器は、低圧電源を通じて一部の負荷に対してのみ電力を供給する。
近年、世間の省エネルギーへの意識が高まっている。EU(欧州連合)では、省エネルギーを促進するために環境に配慮した設計を行うことを義務付けた規制であるErP(Energy−related Products)指令が発効している。また、OA(Office Automation)機器の省エネルギーのための日本における環境ラベリング制度である国際エネルギースタープログラムにおいても、環境規格基準が厳しくなっている。
省エネルギーを図るに当たり、電子機器における省電力モード時の消費電力を低減することは重要である。具体的には、ErP指令は、画像形成装置などにおける省電力モード(オフモードやスタンバイモード)時の消費電力が0.5W以下であることを要求している。
電子機器の省エネルギー化を図る技術は、たとえば下記特許文献1および2などに開示されている。たとえば下記特許文献1には、電圧および電流を出力する低圧電源と、低圧電源から出力された電流の電流値を測定する電流測定部と、低圧電源から入力された電圧を異なる電圧値に変換した電流を出力するDC/DC(直流/直流)コンバーターと、DC/DCコンバーターから出力された電圧および電流によって動作する複数のデバイスと、省エネCPU(Central Processing Unit)とを備えた電子機器が開示されている。省エネCPUは、消費電力を削減するための省エネモードに設定された場合に、省エネモード時に動作するデバイスの動作電圧範囲のうち下限電圧の最大値と、上限電圧の最小値との間の電圧値の電圧であって、電流測定部によって測定される最小の電流値に対応する電圧値の電圧を出力するようDC/DCコンバーターを制御する。
下記特許文献2には、低圧電源からDC/DCコンバーターに接続された部分の電圧を監視し、低圧電源の出力電圧を減少させることで、DC/DCコンバーターの効率を高める技術が開示されている。
特開2013−99013号公報 特表2012−505631号公報
従来の技術では、電子機器は、低圧電源からの定電圧出力を維持するために、低圧電源において、常時(省エネモードを含む)スイッチング動作を行う必要があった。その結果、単位時間当たりのスイッチングロスが大きくなり、消費電力が増大していた。
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、その目的は、消費電力を低減することのできる電源制御装置を提供することである。
本発明の一の局面に従う電源制御装置は、入力電流を変換することにより一定の電圧値を有する直流電流を出力する変換動作を行う第1のコンバーターと、第1のコンバーターの出力端子に接続された少なくとも1つの直流/直流コンバーターである第2のコンバーターとを備え、第1のコンバーターは、第2のコンバーターに対して出力する出力電圧を指標する電圧指標手段を含み、第1のコンバーターは、変換動作を行っている場合において、電圧指標手段にて指標した出力電圧が第1の既定値まで上昇したときは、変換動作を停止し、第1のコンバーターは、変換動作を停止している場合において、電圧指標手段にて指標した出力電圧が第1の既定値よりも低い第2の既定値まで低下したときは、変換動作を開始し、第1の既定値は、第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、第2の既定値は、第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値である。
上記電源制御装置において好ましくは、第1のコンバーターは、電圧指標手段にて指標した出力電圧に基づいて、第1のコンバーターの変換動作の停止および開始を制御する制御手段をさらに含む。
上記電源制御装置において好ましくは、第1のコンバーターは、一次巻線と、第2のコンバーターと電気的に接続され、変換動作による交流電流が発生する二次巻線と、一次巻線への電流の供給の有無を切り替えるスイッチとをさらに含み、制御手段は、電圧指標手段にて指標した出力電圧が一定の電圧値となるように、スイッチの切替動作を行う電源制御手段と、電圧指標手段にて指標した出力電圧に基づいて、電源制御手段による切替動作を停止させる信号、および電源制御手段の切替動作を開始させる信号のうち少なくともいずれか一方の信号を送信するオフモード制御手段とを含む。
上記電源制御装置において好ましくは、第1のコンバーターが変換動作を行っている場合における、電圧指標手段にて指標する出力電圧の極大値である第3の既定値が、第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下となるように、第1の既定値は設定され、第1のコンバーターが変換動作を停止している場合における、電圧指標手段にて指標する出力電圧の極小値である第4の既定値が、第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以下となるように、第2の既定値は設定される。
上記電源制御装置において好ましくは、制御手段は、電力の供給を受けた状態で第1のコンバーターの変換動作を停止させる機能であるオフモード機能を有する集積回路を含む。
上記電源制御装置において好ましくは、電源制御装置は、定電圧モードと、定電圧モードよりも消費電力の低い省電力モードとの間で、第2のコンバーターの出力端子に接続された負荷への電力の供給状態を変更し、負荷への電力の供給状態が省電力モードであり、かつ第1のコンバーターが変換動作を行っている場合において、電圧指標手段にて指標した出力電圧が第1の既定値まで上昇したときは、第1のコンバーターは変換動作を停止し、負荷への電力の供給状態が省電力モードであり、かつ第1のコンバーターが変換動作を停止している場合において、電圧指標手段にて指標した出力電圧が第2の既定値まで低下したときは、第1のコンバーターは変換動作を開始し、電源装置が定電圧モードである場合に、第1のコンバーターは変換動作を維持する。
上記電源制御装置において好ましくは、省電力モードは少なくとも第1および第2の省電力モードを含み、第1および第2の省電力モードの各々における第1の既定値は互いに異なり、かつ第1および第2の省電力モードの各々における第2の既定値は互いに異なる。
上記電源制御装置において好ましくは、第2のコンバーターは複数であり、かつ第1および第2の省電力モードの各々において動作する第2のコンバーターは互いに異なり、第1の省電力モードにおける第1の既定値は、第1の省電力モードにおいて動作する第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、第1の省電力モードにおける第2の既定値は、第1の省電力モードにおいて動作する第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値であり、第2の省電力モードにおける第1の既定値は、第2の省電力モードにおいて動作する第2のコンバーターの動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、第2の省電力モードにおける第2の既定値は、第2の省電力モードにおいて動作する第2のコンバーターの動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値である。
上記電源制御装置において好ましくは、第1の既定値は、変換動作の際の第1のコンバーターの出力電圧値に等しい。
上記電源制御装置において好ましくは、第1の既定値は、第2のコンバーターの変換効率が極大となる場合の第1のコンバーターの出力電圧値以上の値であり、第2の既定値は、第2のコンバーターの変換効率が極大となる場合の第1のコンバーターの出力電圧値以下の値である。
上記電源制御装置において好ましくは、第2の既定値は、第2のコンバーターの出力電圧の最大値以上の値である。
上記電源制御装置において好ましくは、第2のコンバーターは、画像形成装置の制御基板に搭載されており、第1のコンバーターは、画像形成装置の制御基板へ電力を供給する供給電源である。
本発明によれば、消費電力を低減することのできる電源制御装置を提供することができる。
本発明の第1の実施の形態における画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図である。 本発明の第1の実施の形態におけるAC/DCコンバーター1の出力電圧の推移を示すタイムチャートである。 本発明の第2の実施の形態におけるAC/DCコンバーター1の出力電圧の推移を示すタイムチャートである。 図3のR部拡大図である。 本発明の第3の実施の形態における画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図である。 入力した動作モード信号SN4が省電力モード以外のモードである場合におけるAC/DCコンバーター1の出力電圧の推移を示すタイムチャートである。 本発明の第4の実施の形態におけるDC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々における出力電圧、および各省電力モードでの負荷電流の一例を示す表である。 本発明の第4の実施の形態における、AC/DCコンバーター1の出力電圧に対する、各省電力モードにおけるDC/DCコンバーターCV1の効率を模式的に示す図である。 本発明の第4の実施の形態における、AC/DCコンバーター1の出力電圧に対する、各省電力モードにおけるDC/DCコンバーターCV2の効率を模式的に示す図である。 本発明の第4の実施の形態における、AC/DCコンバーター1の出力電圧に対する、各省電力モードにおけるDC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率を模式的に示す図である。 本発明の第4の実施の形態における、画像形成装置の動作モードが省電力モードM1である場合の第1の既定値P1および第2の既定値P2を模式的に示す図である。 本発明の第4の実施の形態における、画像形成装置の動作モードが省電力モードM2である場合の第1の既定値P1および第2の既定値P2を模式的に示す図である。 本発明の第4の実施の形態における、画像形成装置の動作モードが省電力モードM3である場合の第1の既定値P1および第2の既定値P2を模式的に示す図である。 本発明の第5の実施の形態における第1の既定値P1および第2の既定値P2の各々の範囲の一例を示す表である。 本発明の第6の実施の形態における画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
以下の実施の形態においては、電源制御装置が画像形成装置に搭載されている場合について説明する。画像形成装置は、MFP、ファクシミリ装置、複写機、またはプリンターなどであってもよい。また電源制御装置は、画像形成装置以外の電子機器に搭載されていてもよい。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態における画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図1を参照して、画像形成装置は、電源制御装置1000と、負荷LD1およびLD2とを主に備えている。電源制御装置1000の出力側には負荷LD1およびLD2の各々が接続されている。電源制御装置1000は、商用電源である交流電源PWから出力された交流電流(入力電流の一例)を直流電流に変換し、変換後の直流電流を負荷LD1およびLD2の各々に対して出力する。
電源制御装置1000は、AC/DC(交流/直流)コンバーター1(第1のコンバーターの一例)と、制御基板2とを含んでいる。AC/DCコンバーター1は、交流電源PWから出力された交流電流を変換することにより、一定の電圧値を有する(定電圧の)直流電流を出力端子OP1およびOP2に出力する動作を行う(以降、この動作を変換動作と呼ぶ)。制御基板2は、DC/DCコンバーターCV1およびCV2(第2のコンバーターの一例)を含んでいる。DC/DCコンバーターCV1およびCV2は、制御基板2に搭載されており、たとえば降圧コンバーターである。AC/DCコンバーター1は、制御基板2へ電力を供給する供給電源である。DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々は、互いに並列に接続された状態で、出力端子OP1およびOP2に接続されている。DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々の出力端子には、負荷LD1およびLD2の各々が接続されている。なお、出力端子OP1およびOP2に接続されるDC/DCコンバーターの個数、ならびにDC/DCコンバーターの出力端子に接続される負荷の個数は、任意である。
AC/DCコンバーター1は、整流ダイオードD1、D2、D3、およびD4と、平滑コンデンサーC1、C2、およびC3と、トランスT1と、抵抗(起動抵抗)R1と、スイッチSWと、出力電圧監視部111(電圧指標手段の一例)と、オフモード制御部112と、電源制御部113とを含んでいる。オフモード制御部112および電源制御部113は制御手段の一例である。
整流ダイオードD1は、ブリッジダイオードであり、端子N1、N2、N3、およびN4を含んでいる。整流ダイオードD1の端子N1は、交流電源PWのLラインに接続されており、整流ダイオードD1の端子N2は、交流電源PWのNラインに接続されている。整流ダイオードD1の端子N3は、平滑コンデンサー(一次平滑コンデンサー)C1のマイナス端子に接続されており、整流ダイオードD1の端子N4は、平滑コンデンサーC1のプラス端子に接続されている。これにより、交流電源PWから出力された交流電流は、整流ダイオードD1に全波整流され、全波整流された電流は、平滑コンデンサーC1によって平滑化される。また、整流ダイオードD1の端子N2は、整流ダイオードD4および抵抗R1を介して電源制御部113に接続されている。これにより、画像形成装置の起動時に、電源制御部113の起動用電力として、交流電源PWから電力が供給される。
トランスT1は、一次巻線101と、二次巻線102と、補助巻線103とを含んでいる。一次巻線101は、平滑コンデンサーC1と互いに並列に接続されている。一次巻線101の一端は、平滑コンデンサーC1のプラス端子および端子N4に接続されており、一次巻線101の他端は、スイッチSWを介して平滑コンデンサーC1のマイナス端子および端子N3に接続されている。スイッチSWは、一次巻線101への電流の供給の有無を切り替える。二次巻線102は、平滑コンデンサーC2と互いに並列に接続されている。二次巻線102の一端は、整流ダイオードD2を介して平滑コンデンサー(二次平滑コンデンサー)C2のプラス端子および出力端子OP1に接続されており、二次巻線102の他端は、平滑コンデンサーC2のマイナス端子および出力端子OP2に接続されている。補助巻線103は、平滑コンデンサーC3と互いに並列に接続されている。補助巻線103の一端は、整流ダイオードD3を介して平滑コンデンサーC3のプラス端子および電源制御部113に接続されており、補助巻線103の他端は、平滑コンデンサーC3のマイナス端子および電源制御部113に接続されている。スイッチSWのスイッチング動作により、一次巻線101にはパルス状の入力電流が流れ、二次巻線102および補助巻線103の各々には変換動作による電流が流れる。その結果、電源制御部113には電力が供給される。
出力電圧監視部111は、出力端子OP1と出力端子OP2との間に接続されている。出力電圧監視部111は、出力端子OP1と出力端子OP2との間の電圧(以降、この電圧を、AC/DCコンバーター1の出力電圧と記すことがある)を指標するフィードバック信号SN1を、オフモード制御部112および電源制御部113の各々に出力する。この電圧は、AC/DCコンバーター1がDC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々に対して出力する電圧である。
オフモード制御部112および電源制御部113は、出力電圧監視部111から入力したフィードバック信号SN1に基づいて、AC/DCコンバーター1の変換動作の停止および開始を制御する。電源制御部113は、変換動作を行う場合、フィードバック信号SN1が指標した出力電圧が一定の電圧値となるように、スイッチSWのオンオフの切替動作を行う。オフモード制御部112は、出力電圧監視部111から入力されたフィードバック信号SN1に基づいて、スイッチSWのオンオフの切替動作を停止させる信号であるオフモード制御信号を電源制御部113に出力する。オフモード制御信号SN2は、スイッチSWのオンオフの切替動作を開始させるものであってもよい。
すなわち、オフモード制御部112からオフモード制御信号SN2がオンした(入力した)場合、電源制御部113は変換動作を停止し、AC/DCコンバーター1の出力電圧は一定の電圧値から低下する。オフモード制御部112からのオフモード制御信号SN2がオフした(入力しなくなった)場合、電源制御部113は変換動作を開始し、AC/DCコンバーター1の出力電圧は一定の電圧値に向けて上昇する。
続いて、本実施の形態における電源制御装置1000の動作について説明する。
交流電源PWからの交流電流は、整流ダイオードD4および抵抗R1を介して電源制御部113へ供給される。この交流電流は、電源制御部113を起動するための起動電力(起動電源)となる。また、交流電源PWからの交流電流は、整流ダイオードD1によって全波整流され、平滑コンデンサーC1によって平滑化される。これにより、リップルが残る直流電流が生成される。起動電源を供給された電源制御部113は、トランスT1のスイッチング制御を開始する。電源制御部113は、スイッチSWのオンオフ制御により、電流を高周波のパルス状の電流にして一次巻線101に流す。その結果、変圧された交流電流が二次巻線102および補助巻線103の各々で発生する。
補助巻線103で発生した交流電流は、整流ダイオードD3によって全波整流され、平滑コンデンサーC3によって平滑化されて電源制御部113に供給される。この電流は、起動後の電源制御部113を駆動する電源電流(電源電圧)となる。
二次巻線102で発生した交流電流は、整流ダイオードD2によって整流され、平滑コンデンサーC2によって平滑化され、一定の電圧値を有する直流電流となる。この電流は、AC/DCコンバーター1の出力電圧として、出力端子OP1およびOP2に出力される。
出力電圧監視部111は、AC/DCコンバーター1の出力電圧を監視し、AC/DCコンバーター1の出力電圧を指標するフィードバック信号SN1を、オフモード制御部112および電源制御部113の各々に出力する。電源制御部113は、電源制御信号SN3をスイッチSWに送信することにより、スイッチSWのオンオフの切替動作を行う。電源制御部113は、入力したフィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が一定値となるように、一次巻線101を流れる電流をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。このようにして、AC/DCコンバーター1は変換動作を行う。
オフモード制御部112は、AC/DCコンバーター1が変換動作を行っている場合において、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が、第1の既定値P1まで上昇したときは、オフモード制御信号SN2をオンする。オフモード制御信号SN2がオンされると、電源制御部113は、スイッチSWのオンオフの切替動作を停止し、スイッチSWを常時オフにする。これにより、AC/DCコンバーター1は変換動作を停止する。第1の既定値P1は、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々が動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値(DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々の最大許容電圧の最小値以下の値)に、予め設定される。第1の既定値P1は、AC/DCコンバーター1が変換動作の際に出力する一定の電圧値と等しいことが好ましい。
変換動作が停止されると、AC/DCコンバーター1の出力電圧は急激には低下せず、平滑コンデンサーC2の作用により徐々に低下する。オフモード制御部112は、AC/DCコンバーター1が変換動作を停止している場合において、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が、第2の既定値P2まで低下したときは、オフモード制御信号SN2をオフする。オフモード制御信号SN2がオフされると、電源制御部113は、スイッチSWのオンオフの切替動作を開始する。これにより、AC/DCコンバーター1は変換動作を開始(再開)する。第2の既定値P2は、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々が動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値(DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々の最小動作電圧の最大値以上の値)に、予め設定される。
たとえば、DC/DCコンバーターCV1が動作可能な電圧範囲が3.1V〜5.2Vであり、DC/DCコンバーターCV2が動作可能な電圧範囲が3.0V〜5.1Vである場合を想定する。この場合、第1の既定値P1は、5.1V以下の値に設定され、第2の既定値P2は、3.1V以上の値に設定される。
図2は、本発明の第1の実施の形態におけるAC/DCコンバーター1の出力電圧の推移を示すタイムチャートである。なお図2では、変換動作中の電源制御信号SN3が拡大して示されている。
図2を参照して、時刻TM1に、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が第1の既定値P1に達すると、オフモード制御信号SN2がオンし、電源制御部113の変換動作(PWM制御)が停止する。これにより、AC/DCコンバーター1の出力電圧は低下を開始する。なお、時刻TM1でオフモード制御信号SN2がオンしてから、電源制御部113が変換動作を停止し、電源制御信号SN3の出力がオフするまでには、時間を要する。その間、AC/DCコンバーター1の出力電圧は増加し続けるため、AC/DCコンバーター1の出力電圧は、時刻TM1の少し後において極大値のピークとなる。極大値のピークは、第1の既定値P1よりもわずかに高い値となる。
時刻TM2(>時刻TM1)に、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が第2の既定値P2に達すると、オフモード制御信号がオフし、電源制御部113の変換動作(PWM制御)が再開する。これにより、AC/DCコンバーター1の出力電圧は増加を開始する。変換動作においては、AC/DCコンバーター1の出力電圧は、第1の既定値P1となるように制御される。なお、時刻TM2でオフモード制御信号SN2がオフしてから、電源制御部113が変換動作を開始し、電源制御信号SN3の出力がオンするまでには、時間を要する。その間、AC/DCコンバーター1の出力電圧は低下し続けるため、AC/DCコンバーター1の出力電圧は、時刻TM2の少し後において極小値となる。極小値のピークは、第2の既定値P2よりもわずかに低い値となる。
その後、電源制御部113は、入力したオフモード制御信号SN2に従って変換動作の停止および再開を繰り返す。
本実施の形態によれば、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が第1の既定値P1に上昇してから第2の既定値P2に低下するまでの間、AC/DCコンバーター1の変換動作(電源制御部113のスイッチSWのオンオフの切替動作)を停止するので、単位時間当たりのスイッチング回数を低減することができ、スイッチングロスを低減することができる。その結果、消費電力を低減することができる。
[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態におけるAC/DCコンバーター1の出力電圧の推移を示すタイムチャートである。図4は、図3のR部拡大図である。
図3および図4を参照して、本実施の形態においては、AC/DCコンバーター1の出力電圧が、第3の既定値P3を上回らず、かつ第4の既定値P4を下回らないように制御される。
具体的には、電源制御部113の変換動作の停止している場合の時刻TM11において、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が第2の既定値P2に達し、オフモード制御信号SN2がオフすると、時刻TM12に、電源制御部113は変換動作を開始し、電源制御信号SN3の出力がオンする。時刻TM12は、時刻TM11から所定時間経過後の時刻である。時刻TM11から時刻TM12の間、AC/DCコンバーター1の出力電圧は低下し続けるため、AC/DCコンバーター1の出力電圧は、時刻TM12において極小値である第4の既定値P4となる。
第2の既定値P2は、第4の既定値P4が、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々が動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以下となるように設定される。第2の既定値P2は、時刻TM11から時刻TM12までの間のAC/DCコンバーター1の出力電圧の変化量(降下量)ΔV2を考慮して設定される。
電源制御部113の変換動作を行っている場合の時刻TM13において、フィードバック信号SN1が指標するAC/DCコンバーター1の出力電圧が第1の既定値P1に達し、オフモード制御信号SN2がオンすると、時刻TM14に、電源制御部113は変換動作を開始し、電源制御信号SN3の出力がオフする。時刻TM14は、時刻TM13から所定時間経過後の時刻である。時刻TM13から時刻TM14の間、AC/DCコンバーター1の出力電圧は増加し続けるため、AC/DCコンバーター1の出力電圧は、時刻TM14において極大値である第3の既定値P3となる。
第1の既定値P1は、第3の既定値P3が、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々が動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下となるように設定される。第1の既定値P1は、時刻TM13から時刻TM14までの間のAC/DCコンバーター1の出力電圧の変化量(上昇量)ΔV1を考慮して設定される。
なお、上述以外の画像形成装置の構成および電源制御装置1000の動作については、第1の実施の形態の場合と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、AC/DCコンバーター1の出力電圧が、第3の既定値P3を上回らず、かつ第4の既定値P4を下回らないように制御されるので、DC/DCコンバーターCV1およびCV2をより安全に制御することができる。
[第3の実施の形態]
図5は、本発明の第3の実施の形態における画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図5を参照して、本実施の形態では、電源制御装置1000は、省電力モードと、印字モードと、待機モードなどの間で、負荷LD1およびLD2の各々への電力の供給状態(画像形成装置の動作モード)を変更する。省電力モードは、印字モードや待機モードに比べて消費電力が低い動作モードである。印字モードおよび待機モードは、定電圧モードの一例である。制御基板2は、オフモード制御部112に接続されており、オフモード制御部112に対して動作モード信号SN4を出力する。動作モード信号SN4は、画像形成装置の印字モード、待機モード、および省電力モードなどの動作モードに関する情報である。
入力した動作モード信号SN4が省電力モードを示す情報である場合、オフモード制御部112は、第1の実施の形態の場合と同様に、図2に示す方法でオフモード制御信号SN2のオンオフを行う。すなわち、画像形成装置の動作モードが省電力モードであり、かつAC/DCコンバーター1が変換動作を行っている場合において、出力電圧監視部111にて指標した出力電圧が第1の既定値P1まで上昇したときは、AC/DCコンバーター1は変換動作を停止する。画像形成装置の動作モードが省電力モードであり、かつAC/DCコンバーター1が変換動作を停止している場合において、出力電圧監視部111にて指標した出力電圧が第2の既定値P2まで低下したときは、AC/DCコンバーター1は変換動作を開始する。
図6は、入力した動作モード信号SN4が省電力モード以外のモードである場合におけるAC/DCコンバーター1の出力電圧の推移を示すタイムチャートである。なお図6では、変換動作中の電源制御信号SN3が拡大して示されている。
図6を参照して、入力した動作モード信号SN4が省電力モード以外のモード(印字モードや待機モードなど)である場合、オフモード制御部112は、オフモード制御信号SN2をオフし続ける。これにより、AC/DCコンバーター1は変換動作を維持し、AC/DCコンバーター1の出力電圧は、予め設定された一定の電圧値(定電圧値)である第1の既定値P1に維持される。
なお、上述以外の画像形成装置の構成および電源制御装置1000の動作については、第1の実施の形態の場合と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、画像形成装置の動作モードが省電力モードである場合には、スイッチングロスを低減し、消費電力を低減することができる。また画像形成装置の動作モードが省電力モード以外のモードである場合には、制御基板2などへ定電圧出力を供給することができる。
[第4の実施の形態]
図7は、本発明の第4の実施の形態におけるDC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々における出力電圧、および各省電力モードでの負荷電流の一例を示す表である。
図7(a)を参照して、画像形成装置は、省電力モードM1、M2、およびM3の3つの省電力モードを含んでいる。DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々は、画像形成装置の動作モードに関わらず、負荷LD1およびLD2の各々に対して一定の電圧値の電力(定電圧)を出力する。DC/DCコンバーターCV1の出力電圧は3.3Vであり、DC/DCコンバーターCV2の出力電圧は1.5Vである。
図7(b)を参照して、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々は、画像形成装置の動作モードが省電力モードM1、M2、およびM3のいずれであるかに応じて、負荷LD1およびLD2の各々に対して異なる大きさの電流(負荷電流)を供給する。具体的には、画像形成装置の動作モードが省電力モードM1である場合の負荷電流は、DC/DCコンバーターCV1が0.05Aであり、DC/DCコンバーターCV2が0.05Aである。画像形成装置の動作モードが省電力モードM2である場合の負荷電流は、DC/DCコンバーターCV1が0.1Aであり、DC/DCコンバーターCV2が0.2Aである。画像形成装置の動作モードが省電力モードM3である場合の負荷電流は、DC/DCコンバーターCV1が1.5Aであり、DC/DCコンバーターCV2が2.0Aである。省電力モード間の消費電力は、省電力モードM3が最も高く、省電力モードM2が次に高く、省電力モードM1が最も低くなっている。
図8は、本発明の第4の実施の形態における、AC/DCコンバーター1の出力電圧に対する、各省電力モードにおけるDC/DCコンバーターCV1の効率を模式的に示す図である。図9は、本発明の第4の実施の形態における、AC/DCコンバーター1の出力電圧に対する、各省電力モードにおけるDC/DCコンバーターCV2の効率を模式的に示す図である。
図8および図9を参照して、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々の効率(変換効率(%))は、AC/DCコンバーター1の出力電圧(DC/DCコンバーターの入力電圧)に応じて変化する。また、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の各々の効率は、負荷電流の大きさに応じても変化する。DC/DCコンバーターCV1の効率は、消費電流が大きいほど高くなっており、AC/DCコンバーター1の出力電圧が約3.8Vである場合に極大値となっている。
DC/DCコンバーターCV1の効率は、消費電流が大きいほど高くなっており、省電力モードM3の場合に最も高くなっている。また、DC/DCコンバーターCV1の効率は、省電力モードM1、M2、およびM3のいずれの場合にも、AC/DCコンバーター1の出力電圧が約3.8Vである場合に極大値となっている。一方、DC/DCコンバーターCV2の効率は、消費電流が大きいほど高くなっており、省電力モードM3の場合に最も効率が高くなっている。また、DC/DCコンバーターCV1の効率は、省電力モードM1、M2、およびM3のいずれの場合にも、AC/DCコンバーター1の出力電圧が大きくに従って低下している。
図10は、本発明の第4の実施の形態における、AC/DCコンバーター1の出力電圧に対する、各省電力モードにおけるDC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率を模式的に示す図である。
図10を参照して、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率は、図8に示すDC/DCコンバーターCV1の効率の特性と、図9に示すDC/DCコンバーターCV2の効率の特性との平均値となっている。DC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率は、消費電流が大きいほど高くなっており、省電力モードM3の場合に最も高くなっている。また、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率は、省電力モードM1、M2、およびM3のいずれの場合にも、AC/DCコンバーター1の出力電圧が約3.8Vである場合に極大値となっている。
複数の省電力モードが存在する場合、省電力モードM1、M2、M3の各々における第1の既定値P1は互いに異なるように設定されることが好ましい。同様に、省電力モードM1、M2、M3の各々における第2の既定値P2は互いに異なるように設定されることが好ましい。複数の省電力モードが存在する場合の第1の規定値P1および第2の規定値P2の各々の具体的な設定方法について、次に説明する。
図11は、本発明の第4の実施の形態における、画像形成装置の動作モードが省電力モードM1である場合の第1の既定値P1および第2の既定値P2を模式的に示す図である。
図11を参照して、画像形成装置の動作モードが省電力モードM1である場合のDC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率は、AC/DCコンバーター1の出力電圧が電圧値PK1である場合に極大値となっている。高い効率(たとえば93%以上)となる範囲でDC/DCコンバーターCV1およびCV2を動作させるために、第1の既定値P1は、電圧値PK1以上の値である4.0Vに設定され、第2の既定値P2は、電圧値PK1以下の値である3.7Vに設定される。
ここで、第1の既定値P1と第2の既定値P2との差を大きくすることにより、電源制御部113のスイッチング動作をオフする時間を長くすることができる。また、DC/DCコンバーターCV1およびCV2が降圧コンバーターである場合、第2の既定値P2は、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の出力電圧の最大値(ここでは図7(a)の表から3.3V)以上の値であることが好ましい。
図12は、本発明の第4の実施の形態における、画像形成装置の動作モードが省電力モードM2である場合の第1の既定値P1および第2の既定値P2を模式的に示す図である。
図12を参照して、画像形成装置の動作モードが省電力モードM2である場合のDC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率は、AC/DCコンバーター1の出力電圧が電圧値PK2である場合に極大値となっている。高い効率となる範囲でDC/DCコンバーターCV1およびCV2を動作させるために、第1の既定値P1は、出力電圧が電圧値PK2以上の値である4.5Vに設定され、第2の既定値P2は、出力電圧が電圧値PK2以下の値である3.7Vに設定される。省電力モードM2の場合における、AC/DCコンバーター1の出力電圧の増加に伴う総合効率の低下は、省電力モードM1の場合に比べて緩やかであるため、第2の既定値P2が省電力モードM1の場合に比べて高い値に設定される。
図13は、本発明の第4の実施の形態における、画像形成装置の動作モードが省電力モードM3である場合の第1の既定値P1および第2の既定値P2を模式的に示す図である。
図13を参照して、画像形成装置の動作モードが省電力モードM3である場合のDC/DCコンバーターCV1およびCV2の総合効率は、AC/DCコンバーター1の出力電圧が電圧値PK3である場合に極大値となっている。高い効率となる範囲でDC/DCコンバーターCV1およびCV2を動作させるために、第1の既定値P1は、電圧値PK3以上の値である4.1Vに設定され、第2の既定値P2は、電圧値PK3以下の値である3.7Vに設定される。
なお、上述以外の画像形成装置の構成および電源制御装置1000の動作については、第3の実施の形態の場合と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、各省電力モードにおいて、第1の既定値P1および第2の既定値P2の各々を互いに異なる値に設定することにより、各省電力モードにおいて、DC/DCコンバーターCV1およびCV2を効率よく動作させることができる。なお、本実施の形態によれば、一例として、省電力モードM1およびM2では92%以上、省電力モードM3では94%以上の効率を実現することができる。
[第5の実施の形態]
図14は、本発明の第5の実施の形態における第1の既定値P1および第2の既定値P2の各々の範囲の一例を示す表である。
図14を参照して、本実施の形態では、各省電力モードにおいて、動作する(AC/DCコンバーター1から電力が供給される)DC/DCコンバーターは互いに異なる。そして、各省電力モードにおける第1の既定値P1は、その省電力モードにおいて動作するDC/DCコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち、最も低い値以下の値に設定される。また、各省電力モードにおける第2の既定値P2は、その省電力モードにおいて動作するDC/DCコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち、最も高い値以上の値に設定される。
具体的には、画像形成装置の動作モードが省電力モードM1である場合、DC/DCコンバーターCV1は動作せず(DC/DCコンバーターCV1には電力が供給されず)、DC/DCコンバーターCV2は動作する(DC/DCコンバーターCV2には電力が供給される)。省電力モードM1における第1の既定値P1は、省電力モードM1において動作するDC/DCコンバーターCV2が動作可能な電圧範囲の上限値である5.1V以下に設定される。省電力モードM1における第2の既定値P2は、省電力モードM1において動作するDC/DCコンバーターCV2が動作可能な電圧範囲の下限値である3.0V以上に設定される。
画像形成装置の動作モードが省電力モードM2である場合、DC/DCコンバーターCV1は動作し、DC/DCコンバーターCV2は動作しない。省電力モードM2における第1の既定値P1は、省電力モードM2において動作するDC/DCコンバーターCV1が動作可能な電圧範囲の上限値である5.2V以下に設定される。省電力モードM2における第2の既定値P2は、省電力モードM1において動作するDC/DCコンバーターCV1が動作可能な電圧範囲の下限値である3.1V以上に設定される。
画像形成装置の動作モードが省電力モードM3である場合、DC/DCコンバーターCV1およびCV2の両方が動作する。省電力モードM3における第1の既定値P1は、省電力モードM3において動作するDC/DCコンバーターCV1およびCV2が動作可能な電圧範囲の上限値のうち、最も低い値である5.1V以下に設定される。省電力モードM3における第2の既定値P2は、省電力モードM3において動作するDC/DCコンバーターCV1およびCV2が動作可能な電圧範囲の下限値のうち、最も高い値である3.1V以上に設定される。
なお、上述以外の画像形成装置の構成および電源制御装置1000の動作については、第3の実施の形態の場合と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、各省電力モードにおける第1の既定値P1および第2の既定値P2が、その省電力モードにおいて動作するDC/DCコンバーターが動作可能な電圧範囲に基づいて設定されるので、DC/DCコンバーターを適切な電圧で動作させることができる。
[第6の実施の形態]
図15は、本発明の第6の実施の形態における画像形成装置の構成を模式的に示すブロック図である。
図15を参照して、本実施の形態においては、電源制御部が電源制御IC(Integrated Circuit、集積回路)113aを含んでいる。電源制御IC113aは、オフモード機能を有している。電源制御IC113aのオフモード機能とは、電源制御IC113aへ電力を供給した状態で電源制御IC113aの出力(AC/DCコンバーター1の変換動作)を停止するモードである。
オフモード制御部112がオフモード制御信号SN2をオンすると、電源制御IC113aはオフモードとなり、電源制御信号SN3の出力を停止し、スイッチSWのスイッチング制御を停止する。
なお、上述以外の画像形成装置の構成および電源制御装置1000の動作については、第3の実施の形態の場合と同様であるので、同一の部材には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。
本実施の形態によれば、電源制御IC113aには、オフモード制御信号SN2に関わらず電力が供給されるため、オフモード制御信号SN2をオフしてから電源制御部113が変換動作を再開するまでの時間を短縮することができる。
[その他]
上述の実施の形態においては、第1のコンバーターが、交流電流の入力を受け付けるAC/DCコンバーターである場合について説明したが、第1のコンバーターは、直流電流の入力を受け付けるDC/DCコンバーターであってもよい。
第4の実施の形態以降においては、画像形成装置の動作モードが3つの省電力モードを含む場合について説明したが、電源制御装置が搭載される電子機器が有する省電力モードの数は任意である。また、電源制御装置が搭載される電子機器は、単一の動作モードのみを含むものであってもよい。
上述の実施の形態は互いに組み合わされてもよい。たとえば第6の実施の形態の電源制御IC113aが第1の実施の形態の電源制御部に適用されてもよい。また、第3〜第6の実施の形態において、第2の実施の形態のようにAC/DCコンバーター1の出力電圧を、第3の既定値P3を上回らず、かつ第4の既定値P4を下回らないように制御してもよい。
上述の実施の形態における処理は、ソフトウェアにより行なっても、ハードウェア回路を用いて行なってもよい。また、上述の実施の形態における処理を実行するプログラムを提供することもできるし、そのプログラムをCD−ROM、フレキシブルディスク、ハードディスク、ROM、RAM、メモリカードなどの記録媒体に記録してユーザーに提供することにしてもよい。プログラムは、CPUなどのコンピューターにより実行される。また、プログラムはインターネットなどの通信回線を介して、装置にダウンロードするようにしてもよい。
上述の実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 AC/DC(交流/直流)コンバーター
2 制御基板
101 一次巻線
102 二次巻線
103 補助巻線
111 出力電圧監視部
112 オフモード制御部
113 電源制御部
113a 電源制御IC(Integrated Circuit)
1000 電源制御装置
C1,C2,C3 平滑コンデンサー
CV1,CV2 DC/DC(直流/直流)コンバーター
D1,D2,D3,D4 整流ダイオード
LD1,LD2 負荷
M1,M2,M3 省電力モード
N1,N2,N3,N4 端子
OP1,OP2 出力端子
P1,P2,P3,P4 既定値
PK1,PK2,PK3 効率が極大値となる場合の出力電圧の電圧値
PW 交流電源
PK1,PK2,PK3 電圧値
R1 抵抗
SN1 フィードバック信号
SN2 オフモード制御信号
SN3 電源制御信号
SN4 動作モード信号
SW スイッチ
T1 トランス
TM1,TM2,TM11,TM12,TM13,TM14 時刻
ΔV1,ΔV2 電圧の変化量

Claims (12)

  1. 入力電流を変換することにより一定の電圧値を有する直流電流を出力する変換動作を行う第1のコンバーターと、
    前記第1のコンバーターの出力端子に接続された少なくとも1つの直流/直流コンバーターである第2のコンバーターとを備え、
    前記第1のコンバーターは、前記第2のコンバーターに対して出力する出力電圧を指標する電圧指標手段を含み、
    前記第1のコンバーターは、前記変換動作を行っている場合において、前記電圧指標手段にて指標した出力電圧が第1の既定値まで上昇したときは、前記変換動作を停止し、
    前記第1のコンバーターは、前記変換動作を停止している場合において、前記電圧指標手段にて指標した出力電圧が前記第1の既定値よりも低い第2の既定値まで低下したときは、前記変換動作を開始し、
    前記第1の既定値は、前記第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、
    前記第2の既定値は、前記第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値である、電源制御装置。
  2. 前記第1のコンバーターは、前記電圧指標手段にて指標した出力電圧に基づいて、前記第1のコンバーターの前記変換動作の停止および開始を制御する制御手段をさらに含む、請求項1に記載の電源制御装置。
  3. 前記第1のコンバーターは、
    一次巻線と、
    前記第2のコンバーターと電気的に接続され、前記変換動作による交流電流が発生する二次巻線と、
    前記一次巻線への電流の供給の有無を切り替えるスイッチとをさらに含み、
    前記制御手段は、
    前記電圧指標手段にて指標した出力電圧が一定の電圧値となるように、前記スイッチの切替動作を行う電源制御手段と、
    前記電圧指標手段にて指標した出力電圧に基づいて、前記電源制御手段による切替動作を停止させる信号、および前記電源制御手段の切替動作を開始させる信号のうち少なくともいずれか一方の信号を送信するオフモード制御手段とを含む、請求項2に記載の電源制御装置。
  4. 前記第1のコンバーターが前記変換動作を行っている場合における、前記電圧指標手段にて指標する出力電圧の極大値である第3の既定値が、前記第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下となるように、前記第1の既定値は設定され、
    前記第1のコンバーターが前記変換動作を停止している場合における、前記電圧指標手段にて指標する出力電圧の極小値である第4の既定値が、前記第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以下となるように、前記第2の既定値は設定される、請求項2または3に記載の電源制御装置。
  5. 前記制御手段は、電力の供給を受けた状態で前記第1のコンバーターの前記変換動作を停止させる機能であるオフモード機能を有する集積回路を含む、請求項2〜4のいずれかに記載の電源制御装置。
  6. 前記電源制御装置は、定電圧モードと、前記定電圧モードよりも消費電力の低い省電力モードとの間で、前記第2のコンバーターの出力端子に接続された負荷への電力の供給状態を変更し、
    前記負荷への電力の供給状態が前記省電力モードであり、かつ前記第1のコンバーターが前記変換動作を行っている場合において、前記電圧指標手段にて指標した出力電圧が前記第1の既定値まで上昇したときは、前記第1のコンバーターは前記変換動作を停止し、
    前記負荷への電力の供給状態が前記省電力モードであり、かつ前記第1のコンバーターが前記変換動作を停止している場合において、前記電圧指標手段にて指標した出力電圧が前記第2の既定値まで低下したときは、前記第1のコンバーターは前記変換動作を開始し、
    前記電源装置が前記定電圧モードである場合に、前記第1のコンバーターは前記変換動作を維持する、請求項1〜5のいずれかに記載の電源制御装置。
  7. 前記省電力モードは少なくとも第1および第2の省電力モードを含み、
    前記第1および第2の省電力モードの各々における前記第1の既定値は互いに異なり、かつ前記第1および第2の省電力モードの各々における前記第2の既定値は互いに異なる、請求項6に記載の電源制御装置。
  8. 前記第2のコンバーターは複数であり、かつ前記第1および第2の省電力モードの各々において動作する前記第2のコンバーターは互いに異なり、
    前記第1の省電力モードにおける前記第1の既定値は、前記第1の省電力モードにおいて動作する前記第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、
    前記第1の省電力モードにおける前記第2の既定値は、前記第1の省電力モードにおいて動作する前記第2のコンバーターが動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値であり、
    前記第2の省電力モードにおける前記第1の既定値は、前記第2の省電力モードにおいて動作する前記第2のコンバーターの動作可能な電圧範囲の上限値のうち最も低い値以下の値であり、
    前記第2の省電力モードにおける前記第2の既定値は、前記第2の省電力モードにおいて動作する前記第2のコンバーターの動作可能な電圧範囲の下限値のうち最も高い値以上の値である、請求項7に記載の電源制御装置。
  9. 前記第1の既定値は、前記変換動作の際の前記第1のコンバーターの出力電圧値に等しい、請求項1〜8のいずれかに記載の電源制御装置。
  10. 前記第1の既定値は、前記第2のコンバーターの変換効率が極大となる場合の前記第1のコンバーターの出力電圧値以上の値であり、
    前記第2の既定値は、前記第2のコンバーターの変換効率が極大となる場合の前記第1のコンバーターの出力電圧値以下の値である、請求項1〜9のいずれかに記載の電源制御装置。
  11. 前記第2の既定値は、前記第2のコンバーターの出力電圧の最大値以上の値である、請求項1〜10のいずれかに記載の電源制御装置。
  12. 前記第2のコンバーターは、画像形成装置の制御基板に搭載されており、
    前記第1のコンバーターは、前記画像形成装置の制御基板へ電力を供給する供給電源である、請求項1〜11のいずれかに記載の電源制御装置。
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